[发明专利]一种增强硬质合金与金属焊接界面强度的方法

说明书

本发明公开一种增强硬质合金与金属焊接界面强度的方法，将陶瓷颗粒以溶胶的方式添加到镀液中在基材上形成溶胶‑金属基材复合镀层，再将制备了溶胶‑金属基材复合镀层的基材用钎焊的方法加以连接。用该方法焊接之后可以增强界面结合强度和接头的力学性能。

技术领域

本发明属于材料界面增强领域，具体涉及一种增强硬质合金与金属焊接界面强度的方法。

背景技术

近年来，随着我国城市地下交通的飞速发展，以及川藏线等大型工程的开展，盾构机的盾构作业越来越多。对于不同地质条件的地下掘进作业，要求盾构机的部件是长寿命的硬质合金与金属的连接接头，对盾构机关键部件诸如刮刀等的焊接提出更高的要求，其中以盾构机刮刀为代表的大块硬质合金与金属的焊接技术成为限制其发展的关键技术。在掘进过程中，盾构机刮刀的失效往往是因为焊接接头界面强度低，耐冲击载荷能力差，导致大量的硬质合金块脱落。另外对硬质合金表面耐磨性也提出了更高的要求。

盾构机刮刀等为代表的硬质合金与钢的焊接构件最主要的问题有以下几个：一是钎料对硬质合金中的润湿性差，导致界面连接强度低，使得接头的破坏往往从界面开始；二是采用Ag基或Cu基等钎料时对金属侧的润湿也较差，导致钢侧界面的连接强度也很低；三是钎料多采用Ag基和Cu基钎料，钎缝的硬度低。

对于硬质合金与钢的大型构件中仍然存在以下几个问题：

1.虽然对于硬质合金与金属的连接中，强化钎缝的方法已经被提出，但对于两侧界面弱连接的问题仍然没有得到解决，无法解决大块硬质合金焊接时界面强度低导致掉块的问题。

2.目前的方法诸如超声波辅助钎焊等方法虽然可以促进界面连接，但有硬质合金片和金属片的厚度的限制，其可以处理的厚度通常小于5mm，而对于盾构机等大型硬质合金焊接件则无法应用。

3.目前的方法无法解决焊接后的硬质合金表面的耐磨性不够，硬度不够的问题。

发明内容

针对大型盾构机等硬质合金构件抗冲击能力差，接头强度低，界面强度差导致在作业过程中发生硬质合金块脱落的失效问题，本发明旨在提供一种增强硬质合金与金属焊接界面强度的方法，用陶瓷颗粒纳米溶胶加入镀液中，在基材上镀覆溶胶-金属基材复合镀层，然后再将镀覆了复合镀层的基材表面进行焊接，可以得到强化的连接界面，同时可以提高基材的表面硬度和耐磨性，用于超耐冲击载荷的硬质合金盾构构件的界面增强。同时可以应用于硬质合金之间的强化界面焊接。

本发明采用的技术方案如下：

一种硬质合金与金属焊接界面增强的焊接方法：以硬质合金、金属为基材，向镀液添加含陶瓷相的溶胶，然后向至少一种基材表面电镀复合镀层，然后对基材表面进行焊接，所述金属包括金属合金。

所述溶胶为含有陶瓷颗粒的10-500nm级的纳米溶胶。

镀液与溶胶的体积比为1000-10:1；优选的，镀液与纳米溶胶的体积比为 500-20:1。这个范围电镀的镀层效果最佳。

镀层厚度为2-30μm，优选的，镀层的厚度在10-20μm，焊接效果更好。

所述溶胶的制备方法为：将含陶瓷相的醇盐与蒸馏水混合后加入醇类溶剂，同时用酸调节pH值为3-4，在温度为60℃-80℃下持续搅拌，获得10-500nm级的纳米溶胶。

将镀液电镀于硬质合金和/或金属上的方法包括：对所述基材表面进行前处理后，放入添加有溶胶的镀液中，搅拌至电镀结束。

焊接为将电镀了镀层的基材与其他基材进行焊接。

所述陶瓷颗粒包括：Ti、W、Si、Al、Fe等元素单一或混合物的氧化物、碳化物、硅酸盐、氮化物。